汤晓安[1]2001年在《基于几何与图像的混合建模与绘制技术研究》文中进行了进一步梳理传统的计算机图形学，其研究核心为几何模型，因此又被称之为基于几何的计算机图形学。随着学科的不断发展，其研究出现了一些崭新的领域，目前，基于图像的计算机图形学成为研究热点，其研究核心为图像模型。二者的研究对象及方法各有其特点，如何将二者结合起来充分发挥各自优势而弥补其不足，是一个很有意义的研究课题。基于几何与图像的混合建模与绘制技术正是在此背景下提出的， 目前该技术已得到国内外学术界的充分重视。 论文对基于几何与图像的混合建模与绘制中若干关键技术进行了研究。 论文首先依据投影与光照的数学基础提出了基于几何投影的3D Warp算法。算法的提出证明了将图像绘制的研究方法引入几何绘制领域的可行性，算法通用性好，对场景模型与对象模型均能够依据不同的投影关系进行图像的坐标变换，同时，算法还能够依据光照特性对象素点颜色值进行变换。 然后论文提出了一种流水线结构的基于对象模型的快速Warp变换算法。该算法较大幅度地降低了模型绘制的时间复杂度，并能够有效利用现有的通用图形加速硬件，而无需特殊硬件支持。 论文深入研究了几何模型的图像建模技术，提出了一种针对几何模型的自适应图像建模方法。该方法克服了图像绘制的固有弱点，能够保证正确的图像填充，并且具有较好的模型完备性及较低的冗余度。 最后，为了提高建模效率，论文提出了一种基于视觉特征的网格模型简化方法。该方法围绕视觉特征的主要因素对模型进行简化，较好地实现了大简化比和较高逼真度的统一。
贺志锋[2]2008年在《虚拟场景关键建模技术研究与应用》文中研究说明随着虚拟现实及其相关技术的发展,数字地球、数字中国、数字城市越来越受到人们的关注,虚拟场景建模技术研究成为近年来国内外的一个研究热点,具有十分广泛的实用价值和应用前景。目前VRML(Virtual Reality Modeling Language)是构建网上虚拟场景的主要语言,但是根据叁维场景直接获得编写VRML文件所需要的准确数据是比较困难的,同时难以将绘制好的场景实体快速组织成一个比较复杂的虚拟场景。针对这一不足,本文提出了一种快速建模方法,通过配准场景平面图绘制图元并结合坐标系解决了数据源和场景组合问题;利用图元绘制、超薄长方体交互式纹理映射生成建筑实体;运用道路快速绘制方法生成道路;利用地形趋势增长算法和叁维地形交互式修改方法实现了在缺乏真实地形数据的情况下对地形的建模,提高了场景建模速度。并将上述方法成功应用于北京化工大学虚拟校园场景建模,实验结果表明了该方法的可行性,为快速构建虚拟场景提供了新的思路。同时对虚拟场景建模方法中的柱面全景图技术进行分析,运用像素填充法、双线性插值算法和基于特征线段的图像拼接算法并结合Visual C++编程实现了柱面全景图系统,该系统具有柱面投影、图像拼接和图像融合等功能。
何英英[3]2013年在《基于WEB的叁维场景建模和漫游技术研究》文中提出虚拟漫游技术是虚拟现实技术的重要组成部分，在诸多行业发展很快，随网络的普及及技术发展，虚拟漫游在网络中应用成为可能。本文对构建虚拟漫游系统运用的关键技术，包括建模技术、纹理映射技术和碰撞检测进行了专门探讨。首先研究虚拟现实漫游场景的建模技术，包括研究实现了复杂场景的实时建模、代码重用（DEF/USE）、多分辨率层次模型(LOD)和场景优化技术。其次研究纹理映射技术。介绍分析虚拟现实建模语言(VRML)纹理映射的原理，分析纹理走样产生的原因，讨论研究Mip-map技术对纹理走样的抑制效果。然后在基于本系统的数据结构上，研究碰撞检测，在空间栅格化的基础上，结合轴向包围盒算法和叁角形碰撞检测算法，给出了虚拟漫游的碰撞检测解决方案。最后，在上述关键技术研究的基础上，设计实现了一个建筑场景的原型系统。实现一个基于虚拟现实技术的居民小区漫游系统，并对上述技术的应用结果进行实验与数据分析，给出以上技术的应用结果。
汤晓安, 陈敏, 孙茂印[4]2002年在《复杂几何模型的混合绘制算法研究》文中研究说明基于几何与图像的混合建模与绘制是解决复杂几何模型快速绘制的一个有效途径 .提出一种复杂几何模型的混合绘制方法 ,首先给出基于几何投影的 Warp变换公式 ,然后对几何模型进行预绘制 ,得到具有深度的图像 ;依据图像分辨率对该图像进行几何重构 ,得到具有几何拓扑关系的图像模型 ,并对该模型进行进一步修正 ;最后解决了模型的冗余检测问题 .实验结果表明 ,该方法可以在保证较高逼真度的前提下实现复杂模型的快速绘制
蒋燕萍[5]2003年在《虚拟环境漫游中的关键技术》文中提出在虚拟环境中引入植物生成技术，可把人造环境和自然环境有机地结合起来，塑造出逼真的现实环境。而虚拟环境实时漫游技术则为建筑CAD、环境设计、城市规划提供了方便有利的手段，并为数字城市和虚拟社区提供了良好的解决方案。 本文的主要工作内容集中在以下四方面： 1、研究并改进植物建模算法，生成叁维的植物模型 在研究目前植物建模常用算法的基础上，结合迭代函数系统法(IFS)和L系统法提出了树木类植物的随机二叉叁维递归模型。该模型中树木的生成与绘制过程可简化为：从根向上画树枝，分为左分枝和右分枝，画树枝的过程可分为若干层，最后一层画树叶。 2、研究并改进虚拟环境漫游算法，加速虚拟环境的漫游 本文通过真实感图形的绘制流程米评价目前虚拟环境漫游常用算法的优劣，提出了相对较新的一种基于几何和图像混合简化方法的实时漫游算法。该算法通过对纹理投影面后的几何插值生成退化几何，实现几何-纹理间的光滑过渡。同时该算法还结合了几何和纹理层次细节的思想。 3、虚拟森林交互设计和漫游系统的设计和实现 利用VRML和VC++开发了虚拟森林交互设计和漫游系统。系统中VRML的应用保证了其在互联网上的实时交互和漫游效果。同时考虑到数据量的大小，该系统采用了用植物图像取代植物模型的思路，以为用户提供更真实的自然景物效果。 4、叁维树木交互生成和漫游系统OpenGL Tree的设计和实现 利用OpenGL与C++ Builder的紧密接口，开发了叁维树木交互生成和漫游系统OpenGL Tree。该系统用C++语言实现了随机二叉叁维递归模型，生成叁维树木造型组成自然景物，并应用基于几何和图像的混合漫游加速算法，实现了虚拟环境的交互漫游。 最后对本文所做工作进行了总结，并讨论了今后可能继续的研究方向。
杨旻[6]2007年在《基于MultiGen的真实感虚拟场景绘制研究》文中提出虚拟现实是一种高端人机接口,包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互,具有交互、沉浸、想象叁个特性。虚拟现实系统中,真实地模拟感官要素认知事物的方式,直观、准确地表示所创建和成像的数据,称为构造场景(或境界),也称为创建虚拟场景。在虚拟场景中真实感包括几何真实感、行为真实感和光照真实感,它是实现虚拟现实系统“31”特性,使用户获得身临其境的感官体验的基础。设计一个虚拟现实系统除了必须具备相关的硬件设备外,关键的问题是如何构建一个逼真的虚拟环境,这个环境包括叁维的虚拟场景、立体声等等。由于在人类接受的信息中,视觉摄取的信息量最大,约占60%,而且反应亦最为敏捷,所以场景太简单,会使用户觉得虚假,而复杂逼真的场景又势必影响图形驱动的实时性,增加交互的难度。因此创建一个逼真合理的场景模型,并能实时动态地显示,对于虚拟环境的构建至关重要,是虚拟现实最重要的研究领域之一。本文基于视觉感官,以北京交通大学校园场景为实验对象,对如何实现真实感较强的虚拟场景进行了一定的研究和实验,在此基础上完成了北京交通大学校园虚拟现实系统的优化。本文的具体研究内容如下:1、分析和比较了虚拟场景的叁种建模方法——基于图形渲染的建模方法、基于图像的建模方法、基于图形和图像的混合建模方法,重点研究了纹理映射的基本原理,确定了本文采用基于图形和图像的混合建模方法来创建场景模型。2、研究和总结了真实感虚拟场景的绘制技术——光照模型与多边形绘制算法、光线跟踪算法、消隐算法、LOD管理和DOF技术。3、提出了虚拟场景模型的创建流程,在模块划分的基础上,运用Creator工具完成了地形、建筑物、植物模型的创建、优化及场景整合,其中模型优化的过程是实现真实感场景的关键之一。4、研究了实时仿真中的场景绘制过程和碰撞检测技术,并在Vega环境中对优化后的虚拟校园场景进行了仿真,实现了系统的实时漫游。
褚维翠[7]2011年在《基于OpenGL的室内体育馆虚拟系统的研究与实现》文中研究说明虚拟现实技术是一种借助计算机硬件和软件资源来创建和体验虚拟世界的计算机系统。与传统的人机界面、视窗操作和多媒体等技术相比,虚拟现实技术具有很强的实时性、交互性和良好的沉浸感等优点。当前,虚拟现实技术已广泛应用于计算机辅助设计与制造、仿真建模、建筑设计、动漫设计、游戏、军事和航空航天等领域。本文围绕室内体育馆虚拟仿真系统的构建开展研究工作,重点研究了虚拟体育场馆构建过程中所涉及的主要关键技术,如场景建模、外部模型的导入、场景组织、碰撞检测技术和漫游路径的自动生成,并在此基础上,借助OpenGL叁维图形应用程序接口,设计和实现了一个虚拟体育馆系统。本文的主要研究工作和取得的成果如下：1)首先研究了叁种建模技术,同时分析和比较了各自的优缺点。接着对本文所采用的外部3D模型的文件结构和其导入、绘制进行了研究。2)首先研究了BSP算法和BSP树的构建、遍历BSP树以及BSP树的查找等。接着采用BSP树来对场景进行组织,然后通过对BSP树的查找来确定当前视点所处的最小子空间,从而给碰撞检测提供服务。3)对漫游中的碰撞检测技术进行了研究,并在上述基础上提出基于BSP空间分割和AABB包围盒的双重检测算法。首先采用BSP树来查找和确定视点当前所处的最小子空间；接着采用AABB包围盒碰撞检测算法来粗略地检测视点和物体是否发生了碰撞；最后对上一阶段检测出碰撞的物体的每个叁角面片进行进一步的检测,从而确定是否发生碰撞,进而提高整个检测效率。4)对漫游过程中的路径生成算法进行了研究和改进。首先对钢丝算法进行了详细地介绍；接着对钢丝算法生成避障路径的过程中所遇到的情况进行分析；最后在上述的基础上对钢丝算法做出相关的改进。本文采用建模工具3DSMAX构建了系统中的体育馆模型,同时采用VC++6.0和OpenGL技术开发和实现了一个虚拟体育场馆,并对系统进行了漫游以及对文中提出的碰撞检测算法的有效性进行了验证。
周圣川[8]2014年在《大规模城市场景图形图像混合建模与视觉无损渲染技术》文中指出城市是人类从事生产、生活的重要场所，城市场景的高真实感叁维可视化仿真是构建数字城市、智慧城市的核心技术，并且已经渗透和广泛应用于虚拟地理信息系统、城市规划、智能交通等与人们日常活动息息相关的行业领域中。大规模城市叁维可视化仿真涉及叁维表示建模、海量数据处理、叁维可视化渲染等理论、方法和关键技术的研究，需要综合考虑计算机的硬件与软件资源，实现大规模空间数据的建模存储、传输调度、分析计算以及可视化输出。本文通过分析城市叁维可视化仿真的研究与应用现状，以数据组织管理和可视化方法为两个切入点，提出了现阶段需要解决的瓶颈与关键问题：第一，如何进行有效的场景建模，处理海量的城市叁维数据，在保证模型视觉精度的同时尽可能地降低数据量，在CPU、GPU混合构架下实现数据的高效传输调度，为可视化系统提供数据支持；第二，如何实现大规模、城市级叁维场景的视觉无损渲染，一方面保证模型的视觉精度与质量，另一方面对城市级大场景进行完整地展现，并且在性能上满足交互式乃至实时可视化的要求。针对以上问题，本文主要进行了四个方面工作。首先，从城市叁维场景的构建入手，设计并实现了一种交互式的图像逆过程式建模（Inverse ProceduralModeling，IPM）方法和基于GPU的过程式重构算法。通过构造纹理图像的过程式语义表示并与几何建模进行无缝的融合，形成一种图形图像混合建模的虚拟城市叁维表示方法，降低模型的空间复杂度，提高渲染性能。其次，在叁维场景的渲染算法研究方面，针对城市叁维场景的数据结构和视觉特征，提出一种基于混合图元的层次细节（Level-of-detail， LOD）模型。使用多重抖动和蓝噪声采样创建由点、线、多边形等离散图元构成的叁维模型近似表示并编码存储，构造支持渐进LOD切换的多分辨率模型数据结构，并进一步地提出混合模型的渲染算法，实现高性能的城市级大场景可视化输出。然后，在可视化数据管理方面，通过设计面向虚拟城市的空间数据引擎，实现海量空间数据在外存、内存、显存之间的高效调度，优化大规模可视化系统的数据访问性能。最后，建立了完善的可视化算法视觉质量评价模型，综合了感知心理学、统计学、模式识别、计算机图形学等多个学科的理论，设计了结合主观的用户感知调查与客观的自动化算法的视觉质量评价方法，验证了本文构建的城市叁维场景可视化系统的视觉无损性。本文的创新性工作和贡献主要有以下几点：1)在数据表示与建模方面，提出了一种逆过程式的城市叁维场景图形图像混合建模与表示方法。通过提取城市建筑纹理图像中的重复和对称特征，构建基于语义的过程式语法，实现对纹理图像的建模与数据压缩。用户可以直接控制过程式语法的生成，并且可以快速、有效地去除原始图像中的行人、树木等遮挡噪声数据。在渲染算法方面，逆过程式建模的结果可以直接在GPU中进行过程式重构，无需引入额外的渲染循环或几何图元。与传统的叁角面片加纹理的建模方式相比，该方法在保证模型几何和纹理视觉精度的情况下可以对建筑立面纹理实现约70%的数据压缩，大幅降低了城市级叁维场景的数据空间复杂度，并且可以将模型的渲染性能提高20%左右。2)在渲染理论方面，提出了一种面向大规模城市场景的混合图元渲染方法。与原始模型相比，混合图元模型不需要纹理贴图，并且建立了模型复杂度与屏幕空间像素面积的直接关系，相对于原始模型和几何LOD模型分别实现了约10倍和4倍的渲染加速，可以实时渲染城市级大场景，并且在可视化效果方面明显优于传统的几何层次细节模型渲染方法。通过对可视化算法的视觉质量进行系统地建模与分析，提出了可视化算法的视觉质量评价方法，实现了视觉质量的指标化，完善了可视化算法的评价体系，使视觉质量有了定量和定性的评价方法。并且，进一步验证了本文渲染算法的视觉质量与原始模型相比无显着差异，是一种视觉无损渲染方法。3)在海量数据传输与调度方面，设计并实现了CPU、GPU异构体系下的空间数据引擎系统。与传统的空间数据引擎相比，通过Cell-Rtree空间索引结构和Hilbert空间填充曲线优化空间数据的检索和存储性能，可以实现高效的叁维空间数据查询与数据访问。提出了适用于大规模可视化系统的外存、内存、显存数据交换策略，并针对叁维可视化系统数据压力大、吞吐量要求高的特点，通过线程池、内存池、缓存算法等一系列策略优化了海量空间数据的传输效率，是实现大规模城市叁维场景视觉无损渲染的数据服务基础。
张勇华[9]2009年在《工业虚拟场景的建模与交互技术的研究》文中研究指明随着科学技术的飞速发展,虚拟现实技术的应用逐渐从军事领域扩张到了民用领域。虚拟现实的进步和发展对科学进步和社会发展产生了深远的影响,尤其在现代化工业中,虚拟现实技术的应用日益广泛。在控制系统设备性能模拟、提供故障解决方案、事故调查分析、日常维护以及管理、企业人员培训等的工业控制领域中,基于虚拟现实的工业虚拟场景的构建与人机交互控制的研究具有较高的科学研究价值和应用价值。本文以一个阀门厂为实例研究工业虚拟场景的构建问题。在参阅大量国内外文献的基础上,本文从分析虚拟场景的视景生成原理入手,结合工业场景的复杂性,研究工业虚拟场景的建模技术与步骤,探索人机交互控制技术的实现方式。鉴于工业漫游场景中机器设备多、视景复杂的情况,本文提出一种基于几何图形和图像的混合建模方式对工业虚拟场景建模。视野中近距离的工业设备采用基于几何图形的建模技术,能直接获取虚拟对象的深度信息,可以提高实时交互性;视野中远距离的工业厂房背景等采用基于图像的建模技术,极大地提高了场景绘制的速度。本文采用操纵虚拟对象的方式对工业虚拟场景的叁维物体进行人机交互控制,根据虚拟环境中使用的矩阵对投影射线做反变换并与模型进行相交测试来拾取物体,节约了大量的计算时间和存取空间。通过对叁维物体平移、旋转以及缩放等几何变换的组合来实现叁维物体的运动控制。通过对建模技术与交互控制技术的研究,以阀门厂为例,得出工业设备的几何叁维图和工厂的柱面全景图。工业虚拟场景的构建与人机交互的实现对整个工业生产有非常重要的监控意义。
沈裕喜[10]2011年在《虚拟训练系统的虚拟场景研究》文中认为随着虚拟现实技术的发展和军队信息化建设的需要,研究和开发基于虚拟现实技术的虚拟训练系统具有广泛的实用价值和理论价值。虚拟现实技术产生于20世纪80年代,发展极为迅速,目前虚拟现实技术以其特有的优势被广泛地应用于军事,娱乐,医学,地理,信息系统等各个领域。虚拟训练系统的虚拟场景是实现虚拟训练的基础,作为虚拟训练系统的虚拟场景具有区别于一般的虚拟场景的特点,虚拟场景要求具有比较高的实时性和沉浸感,这就要求虚拟场景的实现需要研究各种虚拟现实技术。虚拟场景包括整个仓库以及周围的仓库环境,对这样的一个庞大的场景的实现需要解决两个问题:叁维模型简化问题和用细节层次技术高效绘制大规模地形的问题。本文首先对虚拟训练系统进行设计分析,得出本文需要完成的工作,即构建虚拟场景;然后研究了虚拟现实建模技术理论、方法和实现,改进了传统的叁维建模流程,提出了叁维建模优化流程,总结叁维模型优化方法,给出了构建大规模虚拟实时性场景的一般实现方法,并且在Quest3D中构建了叁维虚拟场景的漫游演示;最后研究了LOD技术在地形渲染中的应用,包括四叉树算法和二叉树ROAM算法的实现,对ROAM算法提出改进和测试,并对算法的性能进行分析。
参考文献：
[1]. 基于几何与图像的混合建模与绘制技术研究[D]. 汤晓安. 国防科学技术大学. 2001
[2]. 虚拟场景关键建模技术研究与应用[D]. 贺志锋. 北京化工大学. 2008
[3]. 基于WEB的叁维场景建模和漫游技术研究[D]. 何英英. 哈尔滨工程大学. 2013
[4]. 复杂几何模型的混合绘制算法研究[J]. 汤晓安, 陈敏, 孙茂印. 计算机辅助设计与图形学学报. 2002
[5]. 虚拟环境漫游中的关键技术[D]. 蒋燕萍. 北方工业大学. 2003
[6]. 基于MultiGen的真实感虚拟场景绘制研究[D]. 杨旻. 北京交通大学. 2007
[7]. 基于OpenGL的室内体育馆虚拟系统的研究与实现[D]. 褚维翠. 安徽大学. 2011
[8]. 大规模城市场景图形图像混合建模与视觉无损渲染技术[D]. 周圣川. 中国海洋大学. 2014
[9]. 工业虚拟场景的建模与交互技术的研究[D]. 张勇华. 燕山大学. 2009
[10]. 虚拟训练系统的虚拟场景研究[D]. 沈裕喜. 国防科学技术大学. 2011
标签：计算机软件及计算机应用论文; 虚拟现实系统论文; 数据可视化论文; 建模软件论文; 实时渲染论文; 图像融合论文; 虚拟技术论文; 数据建模论文; 虚拟现实硬件论文; 场景应用论文; 实时系统论文; 算法论文;